(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210160597.0 (22)申请日 2022.02.22 (71)申请人 长沙理工大 学 地址 410114 湖南省长 沙市 （天心区） 万家 丽南路二段96 0号 (72)发明人 王静　邹电　张应宝　王进　张澳　 (74)专利代理 机构 北京和信华成知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11390 代理人 颜思文 (51)Int.Cl. G06F 9/455(2006.01) G06F 9/54(2006.01) G06F 9/451(2018.01) H04L 61/5007(2022.01) H04W 84/12(2009.01) (54)发明名称 一种基于WiFi的Web3D虚拟单片机 数字孪生 系统 (57)摘要 本申请公开的基于WiFi的Web3D虚拟单片机 数字孪生系统， 包括： 3D虚拟场景； 设于3D虚拟场 景中的虚拟单片机系统； 虚拟单片机系统中设有 虚拟WiFi模块； 与虚拟单片机系统连接用以为虚 拟单片机系统配置第一IP地址的虚拟上位机； 真 实硬件场景； 设于真实硬件场景中的真实单片机 系统； 与真实单片机系统连接用以为真实单片机 系统配置与第一IP地址一致的第二IP地址的真 实上位机； 连接虚拟单片机系统和真实单片机系 统的MQTT 服务器； 和用以验证连接地址一致的虚 拟单片机系统和真实单片机系统的通讯网关。 本 申请在使用WiFi联网的场景下， 能够将虚拟与真 实单片机系统基于控制代码实现精 准映射， 提高 系统开发效率的同时， 极大的节约了开发 成本。 权利要求书3页 说明书9页 附图5页 CN 114371916 A 2022.04.19 CN 114371916 A 1.一种基于WiFi的Web3D虚拟单片机数字孪生系统， 其特征在于， 包括： 设于WiFi通信 协议下的3D虚拟场景； 设于所述3D虚拟场景中的虚拟单片机系统； 所述虚拟单片机系统中设有虚拟WiFi模块； 所述虚拟单片机系统用以在所述Web3D网 页前端进行单片机虚拟仿真； 设于所述3D虚拟场景中， 与所述虚拟单片机系统连接的虚拟上位机； 所述虚拟上位机 用以为所述虚拟单片机系统配置第一 IP地址； 设于WiFi通信协议下的真实硬件场景； 设于所述真实硬件场景中的真实单片机系统； 所述真实单片机系统用以通过配置实体 硬件进行系统开发； 与所述真实单片机系统连接的真实上位机； 所述真实单片机用以为所述真实单片机系 统配置与所述第一 IP地址一 致的第二 IP地址； 设于所述3D虚拟场景以及所述真实硬件场景之间， 连接所述虚拟单片机系统和真实单 片机系统的MQTT服务器； 所述MQTT服务器用以联动所述3D虚拟场景 以及所述真实硬件场 景， 进行数据的传输、 储 存以及同步； 以及设于所述MQTT服务器以及所述真实单片机系统之间， 用以验证连接地址一致的虚 拟单片机系统和真实单片机系统的通讯网关。 2.根据权利要求1所述的基于WiFi的Web3D虚拟单片机数字孪生系统， 其特征在于， 所 述虚拟上位机包括： IP接收模块， 所述接收模块用以获取 所述通讯网关的默认IP地址； IP配置模块， 所述IP配置模块连接所述虚拟单片机系 统， 用以为每个所述虚拟单片机 系统预设不同的所述第一 IP地址； 连接所述IP接收模块和所述IP配置模块连接的第一IP对比模块； 所述第一IP对比模块 用以将预设的所述第一IP地址与所述默认IP地址对比， 剔除并重设重合的所述第一IP地 址。 3.根据权利要求2所述的基于WiFi的Web3D虚拟单片机数字孪生系统， 其特征在于， 所 述基于WiFi的Web3D虚拟单片机数字孪生系统还包括： 设于所述MQTT服务器以及所述虚拟 单片机系统之间的控制终端。 4.根据权利要求3所述的基于WiFi的Web3D虚拟单片机数字孪生系统， 其特征在于， 所 述控制终端包括： 第一 IP采集模块； 所述第一IP采集模块连接所述IP接收模块以及 所述MQTT服务器， 用以从所述MQTT服务 器获取所述默认IP地址； 数据同步模块， 所述数据同步模块用以同步虚拟单片机系统真实单片机系统的运行状 态信息以及IP地址信息； 以及与所述IP采集模块以及所述数据同步模块连接的指令配置模块； 所述指令配置模 块用以设置系统配对指令和数据同步指令； 所述系统配对指令中携带所述第一IP地址信 息。 5.根据权利要求4所述的基于WiFi的Web3D虚拟单片机数字孪生系统， 其特征在于， 所 述通讯网关用以连接所述真实单片机系统以及MQTT服务器； 所述通讯网关包括： 指令解析 模块， 所述指令解析模块与所述MQT T服务器连接， 用以接收所述系统配对指令；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114371916 A 2与所述真实单片机系统连接， 用以获取第二 IP地址的第二 IP采集模块； 与所述指令解析模块以及所述第二 IP采集模块连接的IP段验证模块； 以及与所述 IP段验证模块连接的IP编号验证模块。 6.根据权利要求2所述的基于WiFi的Web3D虚拟单片机数字孪生系统， 其特征在于， 所 述虚拟上位机还包括： 冲突报文接 收模块， 所述冲突报文接收模块用以获取系统发出的IP 地址冲突报文； 第三IP采集模块， 所述第三IP采集模块用以在所述3D虚拟场景中采集网络设备的ARP 表项； 所述ARP表项包括所述第一 IP地址； 与所述第三IP采集模块连接的， 用以对所述第一IP地址进行重合检测的第二IP对比模 块； 所述第二IP对比模块将所述第一IP地址两两相互对比， 剔除并重设其中重合的一个所 述第一IP地址。 7.根据权利要求1所述的基于WiFi的Web3D虚拟单片机数字孪生系统， 其特征在于， 所 述基于WiFi的Web3D虚拟单片机数字 孪生系统还 包括： 设于所述3D虚拟场景中， 与所述虚拟单片机系统连接的代码编辑框； 所述代码编辑框 用于根据需求 为所述虚拟单片机写入 控制代码； 设于所述虚拟单片机以及所述代码编 辑框之间， 用以将每个所述控制代码烧录至对应 所述虚拟单片机中的虚拟烧录器； 设于所述真实硬件场景中， 用以写入所述控制代码的代码开发平台； 设于所述代码开发平台以及所述真实单片机系统之间的真实烧录器； 所述真实烧录器 用以将所述控制代码烧录 至所述真实单片机系统中。 8.根据权利要求1所述的基于WiFi的Web3D虚拟单片机数字孪生系统， 其特征在于， 在 所述3D虚拟场景中， 为所述虚拟单片机配置所述第一IP地址的规则包括： 单个所述虚拟单 片机系统预设多个所述第一 IP地址， 对应映射多个所述真实单片机系统； 每个所述虚拟单片机系统中预设单一所述第一IP地址， 每个所述虚拟单片机系统一一 对应映射单一的所述真实单片机系统。 9.根据权利要求1所述的基于WiFi的Web3D虚拟单片机数字孪生系统， 其特征在于， 所 述虚拟单片机系统 组成包括： 虚拟单片机开发板； 与所述虚拟单片机开发板连接的虚拟外 置电源； 设于所述虚拟单片机开发板以及所述虚拟电源之间的虚拟电压转换器； 所述虚拟外置电源通过所述虚拟电压转换器连接所述虚拟单片机开发板的电源接口， 为所述虚拟单片机开发板提供模拟供电输入； 与所述虚拟烧录器连接的代码转换器； 所述代码转换器用以在运行烧录后将所述控制代码转换成JavaScript代码并同步到 所述虚拟单片机开发板的CPU中； 以及与所述虚拟单片机开发板连接的虚拟外置电子元器件库； 所述虚拟外置电子元器 件库用以为系统提供外 置虚拟电子元器件。 10.根据权利 要求9所述的基于WiFi的Web3D虚拟单片机数字孪生系统， 其特征在于， 所 述虚拟单片机系统还 包括： 与所述虚拟单片机开发板连接的虚拟电子元器件； 所述虚拟电子元器件包括： 与所述权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114371916 A 3